远心镜头在回转体测量系统中的应用

　　0　引　言

　　回转体工件在现代工业生产和装配中占据了很大的比例,尤其是在内,燃机领域。内燃机中,气缸套是镶在缸体内的回转体工件,与气缸盖、活塞、活塞环组成了内燃机的燃烧室。气缸套的大部分尺寸参数都有较高的精度要求,保证这些尺寸参数都在其允许的公差范围内,是提高内燃机性能的一个关键技术[1, 2]。

　　在回转体工件生产过程中,实现高精度、高效率的在线检测是现代工业的一个难点。采用接触测量和非接触测量相结合的回转体测量系统能很好地满足回转体工件测量精度和速度的要求,具有很强的灵活性和实用性。本文针对测量系统非接触测量中回转体工件平面特征成像轮廓线的干扰问题,采用远心镜头和平行光源进行了相关实验,较好地解决了这一问题。

　　1　回转体测量系统

　　1.1　基本结构

　　回转体测量系统的结构模型如图1,回转体固定在分度台上并可随之转动,转动方向为C向,回转轴与Z向平行。立柱作X向移动,滑座沿立柱作Z向移动,成像装置(照明装置和CCD摄像机)在滑座和立柱的带动下作Z向和X向运动。

　　测量系统的接触式测头同样安装在滑座上,如图2。接触式测头实际完成重要特性参数的测量,对于回转体内径等非接触测量方法无法测量的特性参数,也由接触式测头完成测量

　　1.2　测量方案

　　测量系统的X向和Z向坐标由精密光栅尺得到,光栅尺的参数为:X向测量长度为220mm,Z向测量长度为320mm,分辨率为0. 001mm,精度为0. 003mm。

　　接触式测头采用英国Renishaw公司制造的TP20测头,由测头本体和可分离测头吸盘两部分组成。接触测量具有准确可靠、精度高的特点,但测头易磨损,只能逐点测量,测量速度较慢,并且,较难检测回转体的外倒角、圆弧半径等小尺寸参数。

　　非接触测量采用视觉检测技术,可进行快速扫描测量,但易受被测物特性与环境光线的影响。测量过程为:首先,采集摄像机捕获的可用于边缘提取的目标为黑,背景为白的轮廓图像;其次,工业计算机对轮廓图像进行亚像素边缘提取,得到一系列图像坐标点;然后,通过摄像机标定建立图像像素坐标和光栅尺坐标准确的对应关系;最后,进行几何特征拟合以得到测量结果。摄像机标定后,像点对应的光栅尺坐标值与实际光栅尺坐标值的偏差小于0. 005mm,保证了非接触测量精度。

　　将接触测量和非接触测量综合应用到回转体检测上,根据待测参数的不同测量要求,选择合适的测量手段,可在满足测量条件下快速高效地完成待测参数的检测。